現場剪切波速測試誤差及其對地震動影響研究

陳卓識

(中國地震局工程力學研究所, 哈爾濱150080)

?

現場剪切波速測試誤差及其對地震動影響研究

陳卓識

(中國地震局工程力學研究所, 哈爾濱150080)

剪切波速是建筑工程場地上巖土體介質的一個重要參數。 由于其數據結果直觀、 現場實驗簡單易行， 剪切波速在工程中得到了廣泛的應用。 對任何一個物理量， 測試結果均存在著一定程度的偏差。 長期以來， 無論專家學者還是工程技術人員， 對剪切波速測試結果的可靠性均心存疑慮， 希望能夠早日了解掌握客觀情況， 以便制訂相關標準進而改進技術。 由于剪切波速測試不是一個孤立的量， 對地震工程而言， 現場剪切波速測試誤差直接影響了地震動計算結果。 這一結果涉及地震小區劃和工程場地地震安全性評價工作。 目前， 還缺乏對剪切波速測試誤差的實測結果， 相關工作還無法開展。 基于以上原因， 本文圍繞剪切波速測試誤差專項實驗展開， 對現場剪切波速測試誤差及其對震動的影響進行了研究， 旨在為評價波速測試誤差和確定其對地震動的影響提供依據。

首先， 本文介紹了剪切波速測試誤差及其對地震動影響的研究現狀， 評述了相關工作的研究進展。 目前， 對剪切波速測試誤差的研究還停留在對波速與深度關系進行擬合的層面上， 還缺乏專門的波速測試誤差專項實驗。 對于現場剪切波速測試誤差對地震動的影響研究則主要集中在假設波速變化的定性分析上。 本文的研究內容填補了國內外波速測試誤差研究的空白， 提出用專項實驗結果來研究現場剪切波速測試誤差并研究其影響。

其次， 本文設計了剪切波速測試誤差專項實驗并通過實驗獲得了波速測試誤差的初步分布。 通過對國內8個地區20個專項實驗場地的測試， 給出了涵蓋4類工程場地的剪切波速測試誤差測試結果， 證明了波速測試誤差客觀存在。 實驗結果表明， 噪音是影響波速測試誤差的首要因素。

再次， 本文對剪切波速測試誤差進行了分布擬合并進行了驗證， 論證了剪切波速測試誤差的分布符合標準正態分布。 通過將每一類場地的波速測試誤差進行整合， 本文將波速值的偏差變成了無量綱的測試誤差百分比， 這一結果就將具體場地的波速測試誤差結果推廣到所有一、 二、 三、 四類場地。 研究表明： 波速測試誤差的標準差約為15%， 結合標準正態分布的性質， 本文認為， 約38%的測試結果精度較高， 約68%的測試結果較為可靠。

然后， 本文利用專項實驗結果采用一維等效線性化土層反應分析程序， 研究了波速測試誤差對加速度反應譜的影響。 通過2160組工況的計算結果， 本文總結了剪切波速測試誤差對反應譜的影響規律。 研究表明： 剪切波速測試誤差對加速度反應譜有影響， 影響程度主要由波速測試誤差程度、 場地類別和輸入的地震波決定。 剪切波速測試誤差引起的加速度反應譜偏差程度與輸入的地震動強度基本無關， 只與波速測試誤差的大小有關。 當輸入的地震波周期成分與場地卓越周期相近時， 場地易發生共振， 波速測試誤差引起的反應譜變化明顯。

最后， 本文結合波速測試誤差的正態分布特性討論了不同概率水平下， 波速測試誤差對地震動的影響程度。 本文認為， 用PGA和SI作為指標討論影響程度是合理的。 PGA值的變化準確描述了場地最大響應的變化， 而SI則代表了能量的變化。 研究表明： 如果以PGA變化20%為標準， 那么均值0.5倍波速測試誤差范圍內的波速測試誤差對PGA基本沒有影響， 結合波速測試誤差的分布進行分析， 可以認為， 38%的波速測試結果對PGA沒有影響， 其余62%的波速測試結果對PGA是否有影響， 需要結合場地條件和地震波進行分析。 均值0.5倍波速測試誤差范圍內的波速測試誤差對造成的SI偏差基本都在5%以內。

本文的結語部分對工作進行了總結， 指出了現有工作的不足之處和未來工作的重點。

關鍵詞剪切波速測試； 誤差分布； 偏差量； 地震動影響； 反應譜

(作者電子信箱， 陳卓識： various@163.com)

中圖分類號：TU435；

文獻標識碼：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.012